CN211828779U - 硅异质结太阳电池及叠层透明导电氧化物薄膜 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜。用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜包括：氢掺杂氧化铟层；TCO接触层，TCO接触层设置在氢掺杂氧化铟层的一个表面上。由此，氢掺杂氧化铟层具有较高的载流子迁移率，其可以大大提高叠层透明导电氧化物薄膜的整体载流子迁移率，进而降低叠层透明导电氧化物薄膜的电阻率，提升硅异质结太阳电池的使用性能；而且，在硅异质结太阳电池中，TCO接触层的设置可以保证叠层透明导电氧化物薄膜与硅异质结太阳电池中的金属电极良好的接触，以降低两者之间的接触电阻；再者，轻掺杂氧化铟层具有较高的透光率，故而不会影响叠层透明导电氧化物薄膜的透光效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及太阳电池技术领域，具体的，涉及硅异质结太阳电池及叠层透明导电氧化物薄膜。
背景技术
在硅异质结太阳电池中，透明导电氧化物(TCO)薄膜起着导电和透光的作用，因此必须保证良好的电学和光学性能，而薄膜的电学性能和光学性能是相互影响的，必须同时优化才能获得最大化的电池效率。另一方面，由于TCO薄膜是沉积在十几个纳米厚度的非晶硅薄膜上，而非晶硅的热稳定温度在200℃左右，所以硅异质结电池对TCO薄膜的基本要求是应具有较低电阻率、较高透光率及低温生长工艺。
优化TCO薄膜的电阻率是电池工艺的一个重要方面，TCO薄膜的电阻率与载流子浓度和载流子迁移率的乘积成反比，所以要获得低的电阻率，可以通过提高载流子浓度和迁移率来实现。载流子浓度可通过对薄膜掺杂水平和制备条件进行调节，但载流子浓度提高会导致薄膜对从可见光到近红外范围的光吸收增加，影响电池的短路电流，所以单纯通过提高载流子浓度的方法来降低电阻率是不可取的。实际上更多的是调节载流子迁移率来达到降低电阻率的目的，最常用的TCO材料是锡掺杂In2O3(ITO)薄膜，其载流子迁移率为 20～40cm2/(V·s)。但是目前依然很难获得较低电阻率的TCO薄膜。
因此，关于用于硅异质结太阳电池的透明导电氧化物薄膜的研究有待深入。
实用新型内容
本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种具有较低电阻率的用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜。
在本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜。根据本实用新型的实施例，用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜包括：氢掺杂氧化铟层；TCO接触层，所述TCO接触层设置在所述氢掺杂氧化铟层的一个表面上。由此，氢掺杂氧化铟层具有较高的载流子迁移率，其可以大大提高叠层透明导电氧化物薄膜的整体载流子迁移率，进而降低叠层透明导电氧化物薄膜的电阻率，提升硅异质结太阳电池的使用性能；而且，在硅异质结太阳电池中，TCO接触层的设置可以保证叠层透明导电氧化物薄膜与硅异质结太阳电池中的金属电极良好的接触，以降低两者之间的接触电阻；再者，轻掺杂氧化铟层具有较高的透光率，故而不会影响叠层透明导电氧化物薄膜的透光效果。
根据本实用新型的实施例，所述叠层透明导电氧化物薄膜的厚度为70～120纳米。
根据本实用新型的实施例，所述TCO接触层的厚度为所述叠层透明导电氧化物薄膜厚度的10％～35％。
根据本实用新型的实施例，所述TCO接触层的材料选自氧化铟锡、掺钨氧化铟、掺钛氧化铟、氧化铟锌或掺铈氧化铟。
根据本实用新型的实施例，所述氢掺杂氧化铟层是通过物理气相沉积或原子层沉积制备的.
根据本实用新型的实施例，所述TCO接触层是通过物理气相沉积或反应等离子体沉积制备的。
在本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种硅异质结太阳电池。根据本实用新型的实施例，该硅异质结太阳电池包括：晶硅衬底；本征非晶硅薄膜，所述本征非晶硅薄膜设置在所述晶硅衬底相对设置的两个表面上；掺杂非晶硅薄膜，所述掺杂非晶硅薄膜设置在所述本征非晶硅薄膜远离所述晶硅衬底的表面上；前面所述的叠层透明导电氧化物薄膜，其中，所述叠层透明导电氧化物薄膜中的氢掺杂氧化铟层设置在所述掺杂非晶硅薄膜远离所述晶硅衬底的表面上，所述叠层透明导电氧化物薄膜中的TCO接触层设置在所述氢掺杂氧化铟层远离所述晶硅衬底的表面上；金属电极，所述金属电极设置在所述TCO接触层远离所述晶硅衬底的表面上。由此，该硅异质结太阳电池中的叠层透明导电氧化物薄膜具有较低的电阻率，与金属电极良好的接触性能，以及较高的透光率，故而该叠层透明导电氧化物薄膜可以有效提升硅异质结太阳电池的短路电流和填充因子等性能。
附图说明
图1是本实用新型一个实施例中用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜的结构示意图。
图2是本实用新型另一个实施例中硅异质结太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜。根据本实用新型的实施例，参照图1，用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜10包括：氢掺杂氧化铟层11；TCO接触层12，TCO接触层12设置在氢掺杂氧化铟层11的一个表面上。由此，氢掺杂氧化铟层11具有较高的载流子迁移率和较低的电阻率，其可以大大提高叠层透明导电氧化物薄膜10的整体载流子迁移率，进而降低叠层透明导电氧化物薄膜10的电阻率，提升硅异质结太阳电池的使用性能；而且，在硅异质结太阳电池中，TCO接触层12的设置可以保证叠层透明导电氧化物薄膜10与硅异质结太阳电池中的金属电极良好的接触，以降低两者之间的接触电阻；再者，轻掺杂氧化铟层 11具有较高的透光率，故而不会影响叠层透明导电氧化物薄膜10的透光效果。
根据本实用新型的实施例，氢掺杂氧化铟层11的材料即为氢掺杂氧化铟(IO:H)，在氢掺杂氧化铟层11的制备工艺中，就是在纯的氧化铟(In2O3)靶材在镀膜时掺氢，其具有较高的载流子迁移率(IO:H的载流子为80～150cm2/(V·s))和较低的电阻率(IO:H的电阻率为1*10-4～9*10-4Ω·cm)，可以大大提高叠层透明导电氧化物薄膜10整体的载流子迁移率，降低叠层透明导电氧化物薄膜10整体的电阻率。
根据本实用新型的实施例，将上述叠层透明导电氧化物薄膜10用于硅异质结太阳电池中时，由于氢掺杂氧化铟层11与金属电极(比如铜栅线电极)之间的界面接触电阻较大，故而将TCO接触层12与硅异质结太阳电池中的金属电极接触设置，氢掺杂氧化铟层11设置在TCO接触层12远离金属电极的一侧(即氢掺杂氧化铟层11靠近太阳电池中的非晶硅薄膜设置)，如此，叠层透明导电氧化物薄膜10既保留了氢掺杂氧化铟层11较低电阻率和载流子吸收的特性，又利用了TCO层与金属电极能够形成良好接触的优势，用作硅异质结电池的透明导电薄膜，既有利于降低电池电学和光学损失，又可以提高太阳电池的短路电流和填充因子。
根据本实用新型的实施例，叠层透明导电氧化物薄膜10的厚度为70～120纳米，比如 70纳米、80纳米、90纳米、100纳米、110纳米、120纳米。由此，叠层透明导电氧化物薄膜具有良好的光电性能，可以提升硅异质结太阳电池的性能。
根据本实用新型的实施例，TCO接触层12的厚度为叠层透明导电氧化物薄膜10厚度的10％～35％(比如10％、13％、15％、17％、20％、22％、25％、28％、30％、32％、35％)。由于TCO接触层12主要功能为降低太阳电池中叠层透明导电氧化物薄膜10与金属电极之间的接触电阻，所以上述厚度范围内的TCO接触层12可以在降低上述接触电阻的前提下，尽可能的减小其自身的厚度，提高氢掺杂氧化铟层11的厚度占比，以此来更进一步的提高叠层透明导电氧化物薄膜10的载流子迁移率，降低叠层透明导电氧化物薄膜10的电阻率，进而更进一步的提高太阳电池的短路电流和填充因子；若厚度低于10％，则叠层透明导电氧化物薄膜10与金属电极之间的接触电阻会相对较高。
根据本实用新型的实施例，TCO接触层12的材料选自氧化铟锡(ITO)、IWO(掺钨氧化铟)、ITiO(掺钛氧化铟)、氧化铟锌(IZO)或ICO(掺铈氧化铟)。由此，TCO接触层12的具体材料的选择没有局限性，而且上述材料与金属电极之间的接触电阻都比较小。
根据本实用新型的实施例，氢掺杂氧化铟层11是通过物理气相沉积或原子层沉积制备的。由此，上述方法的工艺成熟，便于工业化生产，而且上述方法制备的氢掺杂氧化铟层 11具有较高的透射率、较佳的载流子迁移率以及较低的电阻率。其中，采用上述方法制备氢掺杂氧化铟层11的具体工艺条件没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际情况进行灵活设计，只要可以制备具有较高的透射率、较佳的载流子迁移率以及较低的电阻率的氢掺杂氧化铟层11即可。
根据本实用新型的实施例，TCO接触层12是通过物理气相沉积或反应等离子体沉积制备的。由此，上述方法的工艺成熟，便于工业化生产，而且上述方法制备的TCO接触层12具有较高的透射率和良好的导电性，与金属电极的接触性较佳。其中，采用上述方法制备TCO接触层12的具体工艺条件没有特殊要求，本领域技术人员可以根据实际情况进行灵活设计，只要可以制备具有性能良好的TCO接触层12即可。
在本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种硅异质结太阳电池。根据本实用新型的实施例，该硅异质结太阳电池包括：晶硅衬底20；本征非晶硅薄膜30，本征非晶硅薄膜30设置在晶硅衬底20相对设置的两个表面上；掺杂非晶硅薄膜40，掺杂非晶硅薄膜40设置在本征非晶硅薄膜30远离晶硅衬底20的表面上；前面所述的叠层透明导电氧化物薄膜10，其中，叠层透明导电氧化物薄膜10中的氢掺杂氧化铟层11设置在掺杂非晶硅薄膜 40远离晶硅衬底20的表面上，叠层透明导电氧化物薄膜10中的TCO接触层12设置在氢掺杂氧化铟层11远离晶硅衬底20的表面上；金属电极50，金属电极50设置在TCO接触层12远离晶硅衬底20的表面上。由此，该硅异质结太阳电池中的叠层透明导电氧化物薄膜具有较低的电阻率，与金属电极良好的接触性能，以及较高的透光率，故而该叠层透明导电氧化物薄膜可以有效提升硅异质结太阳电池的短路电流和填充因子等性能。
其中，晶硅衬底的导电类型没有特殊要求，本领域技术人员根据实际需求灵活选择即可，比如，晶硅衬底为N型单晶硅片；更进一步的，晶硅衬底可以为形成有金字塔绒面结构的N型单晶硅片。如此，可以更进一步的提升硅异质结太阳电池的使用性能。
其中，形成本征非晶硅薄膜和掺杂非晶硅薄膜的方法和厚度没有特殊限制，本领域技术人员根据实际需求灵活选择常规技术手段即可，比如物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积等方法。其中，晶硅衬底两侧的本征非晶硅薄膜的表面上均形成有掺杂非晶硅薄膜，其中，一侧为N型掺杂非晶硅薄膜，另一侧为P型掺杂非晶硅薄膜。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种用于硅异质结太阳电池的叠层透明导电氧化物薄膜，其特征在于，包括：
氢掺杂氧化铟层；
TCO接触层，所述TCO接触层设置在所述氢掺杂氧化铟层的一个表面上。
2.根据权利要求1所述的叠层透明导电氧化物薄膜，其特征在于，所述叠层透明导电氧化物薄膜的厚度为70～120纳米。
3.根据权利要求2所述的叠层透明导电氧化物薄膜，其特征在于，所述TCO接触层的厚度为所述叠层透明导电氧化物薄膜厚度的10％～35％。
4.根据权利要求1所述的叠层透明导电氧化物薄膜，其特征在于，所述TCO接触层的材料选自氧化铟锡、掺钨氧化铟、掺钛氧化铟、氧化铟锌或掺铈氧化铟中的任意一种。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的叠层透明导电氧化物薄膜，其特征在于，所述氢掺杂氧化铟层是通过物理气相沉积或原子层沉积制备的。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的叠层透明导电氧化物薄膜，其特征在于，所述TCO接触层是通过物理气相沉积或反应等离子体沉积制备的。
7.一种硅异质结太阳电池，其特征在于，包括：
晶硅衬底；
本征非晶硅薄膜，所述本征非晶硅薄膜设置在所述晶硅衬底相对设置的两个表面上；
掺杂非晶硅薄膜，所述掺杂非晶硅薄膜设置在所述本征非晶硅薄膜远离所述晶硅衬底的表面上；
权利要求1～6中任一项所述的叠层透明导电氧化物薄膜，其中，所述叠层透明导电氧化物薄膜中的氢掺杂氧化铟层设置在所述掺杂非晶硅薄膜远离所述晶硅衬底的表面上，所述叠层透明导电氧化物薄膜中的TCO接触层设置在所述氢掺杂氧化铟层远离所述晶硅衬底的表面上；
金属电极，所述金属电极设置在所述TCO接触层远离所述晶硅衬底的表面上。
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